计算机的发展

自然辩证法报告从自然辩证法的角度浅谈计算机的发展指导老师：王永姓名：钟鑫学号：120100836学 院：计算机学院日 期：2010年12月8号从自然辩证法的角度浅谈计算机的发展计算机作为上世纪最伟大的发明之一，自图灵及约翰•冯•诺依曼在理论与工程上发明计算机以后，计算机便得到了迅猛发展。如今，计算机已经深入到了社会的各个领域，作为强大的计算工具以及计算机互联网的出现，计算机在大幅度地提高了各行各业的工作效率，是现代生产不可或缺的工具。自然辩证法是马克思主义的重要组成部分，其研究对象是自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。自然辩证法的创立与发展同哲学与科学技术的进步密切相关，是马克思主义关于科学与社会关系的已有成果的概括和总结。计算机的发明与发展属于科学技术的发展，从自然辩证法的角度来说，计算机的发明并不是无中生有，空穴来风。计算机的发明与数学物理化学等学科都有着密切的联系。从哲学的角度来说，计算机的发明有着它的必然性与偶然性。1936年，图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为“论数字计算在决断难题中的应用”。在这篇开创性的论文中，图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出著名的“图灵机”(TuringMachine)的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。“图灵机”的发明是基于数字计算，它的本质功能也是计算。所以它与数学有着密不可分的联系。甚至可以这样说，如果数学没得到充分的发展，计算机是不可能被发明的。从另一方面来讲：“图灵机”，是在数学发展到一定程度的产物。“图灵机”的发明有着它的必然性。也许还有的人会问，图灵机模型明明白白就是图灵于1936年，在“论数字计算机在决断难题中应用”中定义的。怎么就成了必然的呢？如果从广义计算机发展的角度来说，在图灵机发明之前，就已经存在了两类计算机，它们分别是机械式计算机、机电式计算机。早在17世纪，欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算机。1642年，法国数学家帕斯卡采用与钟表类似的齿轮传动装置，制成了最早的十进制加法器。1678年，德国数学家莱布尼兹制成的计算机，进一步解决了十进制数的乘、除运算。而在我国，早在公元前600年，当时就有了”算板”。古人把10个算珠串成一组，一组组排列好，放入框内，然后迅速拨动算珠进行计算。东汉末年，徐岳在《数术记遗》中记载，他的老师刘洪访问隐士天目先生时，天目先生解释了14种计算方法，其中一种就是珠算，采用的计算工具很接近现代的算盘。这种算盘每位有5颗可动的算珠，上面1颗相当于5，下面4颗每颗当作1。随着算盘的使用，人们总结出许多计算口诀，使计算的速度更快了。这种用算盘计算的方法，叫珠算。到了明代，珠算不但能进行加减乘除的运算，还能计算土地面积和各种形状东西的大小。我国的算盘，可以算得上计算机的趋形，珠算中甚至包含了现代计算机中算法的思想。而英国数学家巴贝奇在1822年制作差分机模型时提出一个设想，每次完成一次算术运算将发展为自动完成某个特定的完整运算过程。1884年，巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。这台分析机虽然已经描绘出有关程序控制方式计算机的雏型，但限于当时的技术条件而未能实现。巴贝奇的设想提出以后的一百多年期间，电磁学、电工学、电子学不断取得重大进展，在元件、器件方面接连发明了真空二极管和真空三极管；在系统技术方面，相继发明了无线电报、电视和雷达……。所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。与此同时，数学、物理也相应地蓬勃发展。到了20世纪30年代，物理学的各个领域经历着定量化的阶段，描述各种物理过程的数学方程，其中有的用经典的分析方法已根难解决。于是，数值分析受到了重视，研究出各种数值积分，数值微分，以及微分方程数值解法，把计算过程归结为巨量的基本运算，从而奠定了现代计算机的数值算法基础。可见，图灵机的提出并非无生有，有着很深远的历史渊源。在图灵机提出以后的很长时间里，由于物理理论，化学材料等的限制，电子计算机在工程学上并未真正的实现与发明。二十世纪三四十年代，正值二战时期，基于军事需要，计算机在许多国家都得到了很好的发展。德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机。他在1941年制成的全自动继电器计算机Z-3，已具备浮点记数、二进制运算、数字存储地址的指令形式等现代计算机的特征。在美国，1940〜1947年期间也相继制成了继电器计算机MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。不过，继电器的开关速度大约为百分之一秒，使计算机的运算速度受到很大限制。在这以前的计算机，大多只能解决单一问题的专用机，而图灵机的模型是通用机，实现以后能解决大量的问题。电子计算机的开拓过程，经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、从“外加式程序”到“存储程序”的演变。1938年，美籍保加利亚学者阿塔纳索夫首先制成了电子计算机的运算部件。1943年，英国外交部通信处制成了“巨人”电子计算机。这是一种专用的密码分析机，在第二次世界大战中得到了应用。新的重大突破是由数学家冯•诺伊曼领导的设计小组完成的。1945年3月他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案一电子离散变量自动计算机（EDVAC）。随后于1946年6月，冯•诺伊曼等人提出了更为完善的设计报告《电子计算机装置逻辑结构初探》。同年7〜8月间，他们又在莫尔学院为美国和英国二十多个机构的专家讲授了专门课程《电子计算机设计的理论和技术》，推动了存储程序式计算机的设计与制造。冯•诺伊曼设计完成的计算机才是现代真正意义上的电子计算机。20世纪以后，各个科学领域和技术部门的计算困难堆积如山，已经阻碍了学科的继续发展。特别是第二次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需要尤为迫切。在此期间，德国、美国、英国部在进行计算机的开拓工作，几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。正是由于社会上的很多方面对先进计算工具有着迫切的需要，才促使现代计算机诞生。总之，计算机的“出生”，有着很深刻的历史背景与强烈的社会需求，这十分符合自然辩证法的观点。自然辩证法研究自然界发展和科学技术发展的一般规律，它对计算机的发展有着指导作用，而计算机的发展也可以佐证自然辩证法科学性。自然辩证法与自然科学相互作用，相互促进，共同发展。当一个计算机专家去研究分析一个计算机问题的时候，不可避免的要思考它哲学层次的问题，同时依据哲学的思维方式去解决问题；哲学层次问题的解决，也需要从自然科学的研究中去总结、归纳，同时很多自然辩证法的问题，在自然科学中得到了解决。在这方面，图灵可以说是计算机学界的哲学大师。在哲学层次上，对于计算机能不能思维，会不会有意识这个问题，他提出了一个检验方法：现有一个人和一台机器，如果对于我们出的任何问题，人写一个答案，机器打印一个答案，如果分辨不出是人的还是机器的答案，就说明机器是可以思维的，这就是著名的“图灵检验法”。现在计算机还是做不到这一点。对于有些问题需要推理论证，总是可以找出计算机回答的规律，这与人脑思维是有区别的。这是自然科学对于哲学层次问题的研究。自然辩证法对自然科学研究是有很大的指导作用的。比如机器能不能思维这个问题，对应于这个问题，科学层次上在研究人工智能，如果说自然辩证法已经明白了机器和人脑思维的差异，那么对于人工智能的研究方向就有指导意义。自然辩证法研究的很多问题是认识研究自然世界不可回避的问题，很多著名的科学家，同时也是哲学家。自然辩证法既保持了传统哲学追求智慧的形而上品格，又具有现代科学追求知识的形而下品格，是科技时代人类智慧的楷模；它既蕴涵自己的世界观、人生观、价值观，又是-种科学的方法论，既关联人类的终极关怀，也关联着人类的现实关怀，对人类社会的健康发展具有重要的思想价值。自然辩证法作为一个尚未完成的文本，蕴涵着科学时代人类所特有的睿智，它准确地勾画了科学时代自然哲学应当具备的基本框架，从而使得以哲学的面目出现的自然辩证法可能成为科学时代真正科学的哲学。第二，自然辩证法作为一种崇尚智慧的哲学，是以科学作为蓝本建构起来的，自觉与科学结盟是自然辩证法的一个重要特征，尊重科学、尊重事实始终都是自然辩证法的一项基本原则。第三，自然辩证法辩证地综合了实在论传统中的哲学真理和根源于唯名论传统中的科学真理，妥善地解决了哲学中的绝对真理与科学中的相对真理的关系，从而既反对了真理观上的绝对主义，也避免了真理观上的相对主义，它对于当代人类思想文化的健康发展具有重要的现实意义。自然辩证法是马克思主义哲学的一个重要组成部分。在辩证唯物主义哲学体系中，自然辩证法与历史唯物论相并列。它集中研究自然界和科学技术的辩证法，是唯物主义在自然界和科学技术领域中的应用，它的原理和方法主要适用于自然领域和科学技术领域。自然辩证法不仅描绘了一种科学的世界观，而且内在地蕴涵着科学的人生观，也内在地蕴涵一种科学的价值观。自然辩证法科学地解决了人与自然的关系问题，从而可以为人类自身的健康发展奠定坚实的思想基础，自然辩证法以现代全新的自然观作为思想基础内在地蕴涵了一种新的科学的发展观，它一方面要求科学、技术、经济与社会之间横向的协调发展，另一方面则要求当代人与其子孙后代之间纵向的可持续性发展，从而为我们当代社会的健康发展提供了一条新的具体的思路，自然辩证法客观地阐明了科学技术的性质及其社会地位与作用，对我们正确认识当代反科技浪潮，制定积极稳妥的科技发展政策提供了重要的理论依据和行动指南。学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系，从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律，更加全面的观察思考问题，只有加深了认识，我们才能更好地发挥主观能动性，迎接新的科学技术的挑战。下面我再以自然辩证法的观点来浅谈计算机的发展历程。电子计算机的发展经过了以下四个阶段：第一代(1946〜1957)，以电子管为逻辑部件，以阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段。软件上采用机器语言，后期采用汇编语言。第二代(1958〜1965)，以晶体管为逻辑部件，内存用磁芯，外存用磁盘。软件上广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。第三代(1966〜1971)，以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络。第四代(1971至今)，以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。另外，网络操作系统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶段诞生并获得飞速发展。从计算机的这四个阶段来看，计算机的发展与物理原理的完善与化学材料的发展密不可分。正是新型化学材料的不断出现，才导致电子计算机发展四个阶段的出现。计算机在社会各领域中的广泛应用，有力地推动了社会的发展和科学技术水平的进步，同时也促进了计算机技术日益的更新和发展。现在计算机正朝着微型化、巨型化、网络化、智能化的方向发展。（一） 微型化现在我们普遍使用的PC机（PersonalComputer，个人计算机）最初是由美国IBM公司在1975年推出的。20多年来，微型机已经有了非常巨大的进步。目前，微型计算机的体积很小，可以放到桌面上，或像小公文包一样提在手上，甚至还有笔记本大小的笔记本型计算机。此外，微型计算机已进入电视、电冰箱、空调器等家用电器、仪器仪表等小型设备中，同时也进入工业生产中作为主要部件控制着工业生产的整个过程，使生产过程自动化。（二） 巨型化巨型化并不是指计算机的体积大，而是指计算机的存储容量大、运算速度高、功能更强。巨型计算机其运算速度一般在每秒几亿次以上，如我国1983年12月研制成功的“银河II”巨型计算机其每秒运算10亿次。这些巨型计算机能用于科学计算、宇航、天文、气象等方面。（三） 网络化今天的计算机，已经不是那种单一机型的系统结构，计算机系统的效率也不只是单由主机的运算速度等参数来决定的。网络技术的发展，已经突破了只是帮助“计算机主机完成与终端通讯”这一概念。在今天，已经有人提出了“网络电脑”的概念，它与“电脑联网”不仅仅是前后次序的颠倒，而是反映了计算机技术与网络技术真正的有机结合。新一代的PC电脑已经将网络接口集成到主机的母板上，电脑进网络已经如同电话机进市内电话交换网一样方便。有一种称为智能化大厦正在兴起，这种大厦，其电脑网络布线与电话网络布线在大楼兴建装修过程中同时施工。当今世界上的一些先进国家和地区，传送信息的“光纤”差不多铺到“家门口”。这从一个侧面反映了计算机技术的发展已经离不开网络技术的发展了。（三）智能化目前人们正在研制第五代计算机，它具有类似人学习和推理的思维能力，能“说”、能“看”、能“听”、能“想”、能“做”，具有人的部分功能，能代替人的一些体力劳动和脑力劳动，是一种智能型的电子计算机。同时，人们还在研究用其他手段制造计算机，如光学计算机、生物计算机等。计算迅速多样的发展，正是整个社会进步的具体表现，计算机的发展一方面促进其它学科的发展，另一方面又受到了其它学科的制约。所以，我们要科学的联系的正确的看待计算机的发展。用科学的逻辑思维方法认识事物才会清楚的了解其过去、现在和未来，计算机的发展同样遵循着科学技术发展的一般规律，以自然辩证法的观点来分析计